后端技术 by Tim Yang

可能通过「高可用架构」听说过在微博的系统中，单张 MySQL 在线业务表 60 亿条数据的场景。很多关注互联网架构的工程师也非常关注如何如何设计类似系统。下面是一道微博新兵训练营的分布式存储课堂练习，要设计合格才能上岗。

关注为什么超长列表数据的翻页技术实现复杂的读者请直接参看文末链接。

考虑到网上有很多架构师也在讨论，补充题目一些说明如下。

1、访问场景

由于上面题目的应用场景，用户一般情况下，主要查看用户查看自己收到的最新的微博，以及某个特定用户 profile 的所有微博。

• 收到的微博，考虑微博以拉为主的模式，则需要访问关注用户最近 n 条最新的微博。
• 用户 profile，需要访问用户历史上所有发表的微博，而且支持分页查看，可以直接跳转到某一页或者某个时间段，因此需要适当考虑分页的效率（可参考扩展阅读）。

访问特征

• 从上面描述以及社交网络的用户访问特点来看，用户大部分情况( > 90% )是访问最近 7 天的数据。

不需要考虑的点

• 此题主要是存储层的设计，因此不需要考虑缓存如何设计。
• 由于微博是异步写入的，在某种程度可以起到错峰作用，所以作业暂时不需要考虑写入的峰值。
• 不需要考虑 id 如何产生，假定已经有发号服务。
• 不需要考虑用户收到的微博怎么聚合，那个是更上层服务层的职责。

2、设计需要考虑的点

Scale-out 扩展性

• 将数据拆分到多个独立的单元存储
• 可以在适当时机进一步拆分，拆分时候需要继续提供在线访问
• 存储在廉价硬件上，考虑到数据规模比较大，需要适当考虑方案的整体成本，因此不要假定默认全部使用 SSD 存储。

Cost 成本

• 不同访问级别的数据存储在不同访问速度（成本）的硬件上。

High availability 高可用，以及 Reliability 可靠性 – 复制

在当前场景下，主要通过 MySQL replication 来解决可用性、以及分担读的请求。

3、Sharding 策略

Shard 常用策略

range based：根据用户 uid 来分布，相邻 uid 的数据保存在一起。
hash based：根据某个 hash 函数，将一个用户 uid 的数据保存在指定的分片。

Re-Sharding 拆分设计
当数据持续增长，原先存储的数据（或者访问量）超过当前节点的容量上限，则需要对节点进行进一步拆分。

如何确定shard数量

db buffer > hot data

容量规划

• 预规划: 容纳未来一段时间的数据
• 2 的指数倍: shard 数量变更简单

Tradeoff

• 分片多：影响 IO 效率;
• 分片少：扩容频繁、复杂

4、部分投稿案例

案例一：使用 user id range 作为分片

案例二：使用user id hash作为分片

方案三 （via 张亮）
历史数据：
1. 每半年根据日期分库，如：2015.01-2015.06为一个库。每天增加1亿数据，半年180亿，约为0.72T数据，可以保留在1T的磁盘中。
2. 根据 uid 取模分库（表），便于查询和分散数据。

当前 n 日数据：
1. 暂定n为10，存储10亿数据。
2. 根据uid + 权重的hash算法分库。权重可以根据每个uid的微博id数量，粉丝数等指标离线计算。

hash算法需保证：
1. 同一uid需落在一个库。
2. 权重接近的用户尽量均匀的落在不同库。
3. 为了应对突然发生的事件导致访问量激增，需要考虑2级甚至3级分片，而不宜直接做re-sharding导致数据迁移。多级分片可考虑读取一个标记，放在zk中。根据标记确定分片的hash算法加入小时等维度。

查询索引：
1. 增加发帖索引字段，记录每个用户的每个帖子的索引。
2. 增加发帖总数统计表，以用户为维度，每个用户发一次贴则发帖总数++。
3. 增加二级索引表，记录每个用户，每次分片库的发帖索引。如：uid 1的用户，在2015年第一帖是该用户发帖的总数的第10贴，2015年最后一贴是该用户发帖总数的第50贴。
4. 分页查询使用二级索引表，先查到该查哪个真实库（可能是多个），再到真实库中获取数据。

总结：
1. 通过灵活的运用时间维度分片，免去因uid分片数量不足导致的大规模迁移，使用外部flag灵活的控制分片策略。而且用时间维度分片更易做到冷热分离。
分片逻辑可以灵活到，zk中记录时间段，某个时间段内，按月分，某个时间段，按年分，之类。
2. 通过离线计算权重的方式均匀分散数据访问。权重周期性调整，对于调整权重的用户，需要重点考虑当前n日数据的数据迁移方案。但由于调整权重的用户属于少量，所以迁移应该数据变动较小。历史数据不需权重概念，无需数据迁移。
3. 查询使用二级索引。使用修改btree结构去掉二级索引能有效减少数据量，但实现难度较大，可以在之后的局部优化中实现，对总体数据库结构影响不大。
4. 将前n日数据和当天数据整合在一起，之前对微博的场景理解不深，以为有首屏显示这样的概念。

 

5、扩展阅读

关于分页：
为什么超长列表数据的翻页技术实现复杂
为什么超长列表数据的翻页技术实现复杂（二）